碳纤维增强的聚醚醚酮纤维复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种碳纤维增强的聚醚醚酮纤维复合材料及其制备方法和应用，属于复合料技术领域。该复合材料按照质量百分比计，包括：碳纤维5‑30％，聚醚醚酮电纺纤维32.5‑57.5％，聚甲基丙烯酸甲酯电纺纤维37.5％。本发明专利技术还提供一种碳纤维增强的聚醚醚酮纤维复合材料的制备方法。本发明专利技术还提供上述碳纤维增强的聚醚醚酮纤维复合材料作为修复材料在骨修复方面的应用。该复合材料具有较高强度、低弹性模量、无细胞毒性的优点，可以作为非金属复合材料来替代金属材质应用于临床，强化种植体在骨内的界面固定，在填补骨缺损或作为牙种植体方面具有较高的治疗效果。

Carbon Fiber Reinforced PEEK fiber composite and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
碳纤维增强的聚醚醚酮纤维复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于复合料
，具体涉及一种碳纤维增强的聚醚醚酮纤维复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
骨移植和人造移植物已广泛应用于骨科临床，用于填补因创伤、矫形和肿瘤或病骨切除治疗而造成的骨缺损。自体骨移植是治疗骨缺损的黄金标准，但供体数量有限和供体部位病变是一个重要问题。由于放射线不能穿透金属植入体，并且其过高的弹性模量可能会导致手术后应力屏蔽，最终导致植入失败。骨水泥作为骨缺损修复充填材料在骨科应用较多，但骨水泥由于存在一些缺陷如骨-骨水泥界面处发生应力屏蔽，术后感染乃至死亡使其临床应用中受到一定限制。基于二氧化硅的骨移植物，包括生物活性玻璃和硅酸钙陶瓷，为替代骨组织提供可能性，但是其固有的脆性不能与皮质骨的机械性能相适应。开发或选择用于替代受损骨组织的移植物(或支架)过程中最困难的任务之一是移植物与受体部位组织的结构和机械性质相匹配。近年来，聚醚醚酮因为其具有优异的生物相容性，化学稳定性及放射线可透性，被公认为传统金属植入物或骨水泥的理想替代材料。PEEK较差的机械强度限制了其在骨组织重建的应用。但也有许多方法来改善其机械强度使改良后的PEEK的弹性模量满足不同要求，如人类皮质骨或松质骨的力学强度,并减轻弹性屏蔽。碳材料由于其良好的机械性能，无毒性和适中的价格，已被应用于临床医学。碳材料，例如碳纤维，碳纳米管和各种石墨烯衍生物作为增强填料以制备聚合物复合材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种碳纤维增强的聚醚醚酮纤维复合材料及其制备方法和应用，该复合材料具有优异的机械性能。本专利技术首先提供一种碳纤维增强的聚醚醚酮纤维复合材料，按照质量百分比计，包括：碳纤维5-30％，聚醚醚酮电纺纤维32.5-57.5％，聚甲基丙烯酸甲酯电纺纤维37.5％。本专利技术还提供一种碳纤维增强的聚醚醚酮纤维复合材料的制备方法，该方法包括：步骤一：将聚醚醚酮溶于溶剂中，然后进行静电纺丝，得到聚醚醚酮电纺纤维；步骤二：将聚甲基丙烯酸甲酯溶于混合溶剂中，然后进行静电纺丝，得到聚甲基丙烯酸甲酯电纺纤维；步骤三：分别将聚醚醚酮电纺纤维和聚甲基丙烯酸甲酯电纺纤维研磨粉粹，然后将碳纤维、粉粹后的聚醚醚酮电纺纤维和聚甲基丙烯酸甲酯电纺纤维进行混合，然后进行热压，得到碳纤维增强的聚醚醚酮纤维复合材料。优选的是，所述的步骤一的溶剂为六氟异丙醇。优选的是，所述的聚醚醚酮溶于溶剂的的浓度为5-6％(w/w)。优选的是，所述步骤一的静电纺丝条件为：施加的电压为13-15kv，接收距离15-20cm，流速4ml/h。优选的是，所述的步骤二的混合溶剂为二甲基甲酰胺和丙酮混合的混合液。优选的是，所述的二甲基甲酰胺和丙酮的体积比为1：1。优选的是，所述的聚甲基丙烯酸甲酯溶于混合溶剂的浓度为10-11％(w/w)。优选的是，所述的步骤二的静电纺丝条件为：施加的电压为11-13kv，接收距离14-19cm，流速2ml/h。优选的是，步骤三的混合具体为：将碳纤维、粉粹后的聚醚醚酮电纺纤维和聚甲基丙烯酸甲酯电纺纤维溶于乙醇中混匀，室温下经磁力搅拌机1500RPM混匀30-60min。优选的是，所述的热压压力为98-100MPa，温度为195-200℃。本专利技术还提供上述碳纤维增强的聚醚醚酮纤维复合材料作为修复材料在骨修复方面的应用。本专利技术的有益效果本专利技术提供一种碳纤维增强的聚醚醚酮纤维复合材料及其制备方法和应用，该复合材料按照质量百分比计，包括：碳纤维5-30％，聚醚醚酮电纺纤维32.5-57.5％，聚甲基丙烯酸甲酯电纺纤维37.5％。本专利技术通过经静电纺丝技术制备的聚醚醚酮电纺纤维、聚甲基丙烯酸甲酯电纺纤维和碳纤维混合，通过在空间上相互穿插、堆叠以增加三者接触面积，使三者空间紧密排布。聚甲基丙烯酸甲酯纤维经加热融化后，可作为连接聚醚醚酮纤维和碳纤维之间的粘结剂，从而解决聚醚醚酮纤维和碳纤维之间相分离的问题，进而增加复合材料机械性能。该复合材料具有较高强度、低弹性模量、无细胞毒性等特点，可以作为非金属复合材料来替代金属材质应用于临床，强化种植体在骨内的界面固定，在填补骨缺损或作为牙种植体方面具有较高的治疗效果。附图说明图1为实施例1制备的聚醚醚酮电纺纤维(图A)和实施例2制备的聚甲基丙烯酸甲酯电纺纤维(图B)的扫描电镜照片；图2分别为实施例3制备得到的不同比例的碳纤维增强的聚醚醚酮纤维复合材料断面的扫描电镜照片；图3为实施例3得到的不同比例的碳纤维增强的聚醚醚酮纤维复合材料表观水接触角测试图；图4为实施例3得到的不同比例的碳纤维增强的聚醚醚酮纤维复合材料的热失重测试曲线；图5为实施例3得到的不同比例的碳纤维增强的聚醚醚酮纤维复合材料的弯曲模量(图A)和压缩模量(图B)；图6为实施例3得到的不同比例的碳纤维增强的聚醚醚酮纤维复合材料的洛氏硬度(A)和密度(B)；图7为CCK-8分析的实施例3制备的不同比例的碳纤维增强的聚醚醚酮纤维复合材料的相对生长率柱状图；图8为细胞在实施例3制备的不同比例的碳纤维增强的聚醚醚酮纤维复合材料表面生长12小时的SEM图像。图9为实施例3得到20％的复合材料种植在爱尔兰大白兔股骨远端的影像学表现图。具体实施方式本专利技术首先提供一种碳纤维增强的聚醚醚酮纤维复合材料，按照质量百分比计，包括：碳纤维5-30％，聚醚醚酮电纺纤维32.5-57.5％，聚甲基丙烯酸甲酯电纺纤维37.5％。本专利技术还提供一种碳纤维增强的聚醚醚酮纤维复合材料的制备方法，该方法包括：步骤一：将聚醚醚酮溶于溶剂中，所述的溶剂优选为六氟异丙醇，浓度优选为5-6％(w/w)，然后进行静电纺丝，所述的静电纺丝具体优选为：用注射器吸取上述溶液，并连接内径1.1mm的针头，将针头连接至高压静电发生器，施加的电压为13-15kv，接收距离15-20cm，流速4ml/h，得到聚醚醚酮电纺纤维；步骤二：将聚甲基丙烯酸甲酯溶于混合溶剂中，所述的溶剂优选为二甲基甲酰胺和丙酮混合的混合液，所述的二甲基甲酰胺和丙酮的体积比优选为1：1，浓度优选为10-11％(w/w)然后进行静电纺丝，所述的静电纺丝具体优选为：用注射器吸取上述溶液，并连接内径1.1mm针头，将针头连接至高压静电发生器，施加的电压为11-13kv，接收距离14-19cm，流速2ml/h，得到聚甲基丙烯酸甲酯电纺纤维；步骤三：分别将聚醚醚酮电纺纤维和聚甲基丙烯酸甲酯电纺纤维研磨粉粹，然后将碳纤维、粉粹后的聚醚醚酮电纺纤维和聚甲基丙烯酸甲酯电纺纤维进行混合，所述的混合优选为：溶于75％乙醇中混匀，室温下经磁力搅拌机1500RPM混匀30-60min，然后混合材料移至所需形状模具中塑性干燥后，将所得样品在硫压机中样品予以固定的压力进行热压，所述的热压压力优选为98-100MPa，温度优选为195-200℃，冷却脱模后得到碳纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纤维增强的聚醚醚酮纤维复合材料，其特征在于，按照质量百分比计，包括：碳纤维5-30％，聚醚醚酮电纺纤维32.5-57.5％，聚甲基丙烯酸甲酯电纺纤维37.5％。/n

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维增强的聚醚醚酮纤维复合材料，其特征在于，按照质量百分比计，包括：碳纤维5-30％，聚醚醚酮电纺纤维32.5-57.5％，聚甲基丙烯酸甲酯电纺纤维37.5％。


2.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强的聚醚醚酮纤维复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括：
步骤一：将聚醚醚酮溶于溶剂中，然后进行静电纺丝，得到聚醚醚酮电纺纤维；
步骤二：将聚甲基丙烯酸甲酯溶于混合溶剂中，然后进行静电纺丝，得到聚甲基丙烯酸甲酯电纺纤维；
步骤三：分别将聚醚醚酮电纺纤维和聚甲基丙烯酸甲酯电纺纤维研磨粉粹，然后将碳纤维、粉粹后的聚醚醚酮电纺纤维和聚甲基丙烯酸甲酯电纺纤维进行混合，然后进行热压，得到碳纤维增强的聚醚醚酮纤维复合材料。


3.根据权利要求2所述的一种碳纤维增强的聚醚醚酮纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤一的溶剂为六氟异丙醇。


4.根据权利要求2所述的一种碳纤维增强的聚醚醚酮纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一的静电纺丝条件为：施加的电压为13-15kv，接收距离15-20cm，流速4ml/h。

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国民，贾汶沅，刘昀，冀璇，孙茂蕾，罗云纲，卢天成，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22